特許 6981173 燃料噴射制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981173

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】燃料噴射制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 51/06 20060101AFI20211202BHJP

   F02M 47/00 20060101ALI20211202BHJP

   F02M 51/00 20060101ALI20211202BHJP

   F02D 41/20 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   F02M51/06 N

   F02M47/00 C

   F02M51/00 E

   F02D41/20

【請求項の数】6

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2017-205327(P2017-205327)

(22)【出願日】2017年10月24日

(65)【公開番号】特開2019-78214(P2019-78214A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年9月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 一雅

【審査官】 菅野 京一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３１４３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０８４７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０２１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１５２２０３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ５１／００，４７／００

Ｆ０２Ｄ ４１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料を噴射する噴孔（１１）を開閉する弁体（４０）と、
前記弁体に噴孔閉弁力を付与する燃料が流出入する制御室（１４、１５）と、
前記制御室から燃料を流出させる流出通路（１３）を開閉することで、前記制御室の燃料圧力を制御して前記噴孔閉弁力を制御する制御バルブ（３０）と、
前記制御バルブに当接して、前記流出通路を開弁させる開弁作動力を前記制御バルブに付与するバルブピストン（２６、２８）と、
通電により充電されて伸長することで伸長力を発揮するピエゾ素子（２１ａ）と、
前記伸長力により加圧される燃料が充填される油密室（２４ａ）と、を備え、
前記油密室の燃料が前記伸長力を前記開弁作動力として前記バルブピストンへ伝達するように構成された燃料噴射弁（１）に適用され、前記ピエゾ素子への通電による充電量を制御することで前記噴孔からの燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御装置において、
前記ピエゾ素子への今回の通電を開始するにあたり、今回の通電開始時点での前記油密室の燃料の体積である今回開始時体積を推定する今回開始時推定部（Ｓ１１）と、
前記今回開始時推定部により推定された前記今回開始時体積が小さいほど、今回の通電による前記ピエゾ素子へのエネルギ供給速度（ΔＥ）を速くする供給速度制御部（Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ１４Ａ）と、
を備える燃料噴射制御装置。

【請求項2】

前回の通電終了時点での前記油密室の燃料の体積である前回終了時体積を推定する前回終了時推定部（Ｓ９、Ｓ９Ａ）を備え、
前記今回開始時推定部は、前記前回終了時推定部により推定された前記前回終了時体積が小さいほど、前記今回開始時体積を小さい値に推定する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項3】

前記今回開始時推定部は、前回の通電終了時点から今回の通電開始までのインターバル期間が短いほど、前記今回開始時体積を小さい値に推定する請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。

【請求項4】

前記今回開始時推定部は、前回の通電開始時点での前記油密室の燃料の体積が小さいほど、前記今回開始時体積を小さい値に推定する請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。

【請求項5】

燃料を噴射する噴孔（１１）を開閉する弁体（４０）と、
前記弁体に噴孔閉弁力を付与する燃料が流出入する制御室（１４、１５）と、
前記制御室から燃料を流出させる流出通路（１３）を開閉することで、前記制御室の燃料圧力を制御して前記噴孔閉弁力を制御する制御バルブ（３０）と、
前記制御バルブに当接して、前記流出通路を開弁させる開弁作動力を前記制御バルブに付与するバルブピストン（２６、２８）と、
通電により充電されて伸長することで伸長力を発揮するピエゾ素子（２１ａ）と、
前記伸長力により加圧される燃料が充填される油密室（２４ａ）と、を備え、
前記油密室の燃料が前記伸長力を前記開弁作動力として前記バルブピストンへ伝達するように構成された燃料噴射弁（１）に適用され、前記ピエゾ素子への通電による充電量を制御することで前記噴孔からの燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御装置において、
前記ピエゾ素子への今回の通電を開始するに先立ち、次回の通電開始時点での前記油密室の燃料の体積である次回開始時体積を予測する次回開始時予測部（Ｂ１０ａ）と、
前記次回開始時予測部により予測された前記次回開始時体積が小さいほど、今回の通電による前記ピエゾ素子へのエネルギ供給量（Ｅｆｉｎ）を小さくする供給量制御部（Ｂ１２ａ）と、
を備える燃料噴射制御装置。

【請求項6】

次回開始時予測部は、今回の通電終了時点から次回の通電開始までのインターバル期間が短いほど前記次回開始時体積が小さいと予測する請求項５に記載の燃料噴射制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この明細書における開示は、ピエゾ素子を備える燃料噴射弁に適用される燃料噴射制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、燃料を噴射する噴孔を開閉する弁体を備えることに加え、制御室、制御バルブ、バルブピストン、油密室およびピエゾ素子を備える燃料噴射弁が知られている。制御室には、弁体に噴孔閉弁力を付与する燃料が流出入する。制御バルブは、制御室から燃料を流出させる流出通路を開閉することで、制御室の燃料圧力（弁体の背圧）を制御して噴孔閉弁力を制御する。バルブピストンは、制御バルブに当接して、流出通路を開弁させる開弁作動力を制御バルブに付与する。油密室には、ピエゾ素子の伸長力により加圧される燃料が充填されており、油密室の燃料が伸長力を開弁作動力としてバルブピストンへ伝達する。

【0003】

そして特許文献１には、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が高いほど、制御バルブの開弁に要する開弁作動力が大きくなるため、ピエゾ素子への印加電圧を高くする旨が記載されている。また、ピエゾ素子への前回の通電終了時点から今回の通電開始までのインターバル期間が短いほど、制御バルブが開弁から閉弁に切り替わった後の制御室の圧力回復時間が短くなるので、今回の通電開始時での制御室の燃料圧力は低くなる。そこで、インターバル期間が短いほど、制御バルブの開弁に要する開弁作動力が小さくなるとみなして、ピエゾ素子への印加電圧を低くする旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００５−５３４８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の如く油密室を介してピエゾ素子の伸長力をバルブピストンへ伝達する構造の燃料噴射弁では、ピエゾ素子への通電をオフさせてピエゾ素子を縮小させると、油密室の圧力が低下し、バルブピストンが油密室に引き寄せられるようにリフトアップする。制御バルブは、リフトアップするバルブピストンに追従してリフトアップ（閉弁作動）することで、流出通路を閉弁させる。これにより、弁体の背圧が上昇して弁体が閉弁作動する。このような通電オフによる一連の作動では、制御バルブが閉弁位置までリフトアップした以降も、バルブピストンが圧力差でリフトアップを継続し、バルブピストンが制御バルブから一時的に離間する場合がある。

【0006】

そして、１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射する多段噴射においては、今回噴射に係る通電オフから次回噴射に係る通電オンまでのインターバルが短いと、バルブピストンが制御バルブから離間した状態のまま次回の通電オンを開始する場合がある。その場合には、離間している分だけ制御バルブのリフトダウン開始が遅延して、弁体の開弁開始（噴射開始）が遅延する。この遅延時間は上記離間の距離が大きいほど長くなり、その離間距離は、バルブピストンがリフトアップを開始する時（つまり通電オフ時）の油密室の燃料の体積が小さいほど大きくなる。そして、短インターバルで多段噴射すると、油密室の体積は噴射段毎に減っていくので、上記離間距離が噴射段毎に大きくなり、遅延時間が拡大していくといった、遅延拡大の現象が生じる。

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の制御装置では、このような遅延拡大の現象を考慮せずに、インターバル期間と燃料圧力に応じてピエゾ素子への印加電圧を変更しているだけなので、意図に反して遅延時間が拡大する場合がある。この場合には、燃料の噴射量を高精度で制御できなくなる。

【0008】

開示される１つの目的は、燃料噴射量を高精度で制御可能にした燃料噴射制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、開示された第１態様は、
燃料を噴射する噴孔（１１）を開閉する弁体（４０）と、
弁体に噴孔閉弁力を付与する燃料が流出入する制御室（１４、１５）と、
制御室から燃料を流出させる流出通路（１３）を開閉することで、制御室の燃料圧力を制御して噴孔閉弁力を制御する制御バルブ（３０）と、
制御バルブに当接して、流出通路を開弁させる開弁作動力を制御バルブに付与するバルブピストン（２６、２８）と、
通電により充電されて伸長することで伸長力を発揮するピエゾ素子（２１ａ）と、
伸長力により加圧される燃料が充填される油密室（２４ａ）と、を備え、
油密室の燃料が伸長力を開弁作動力としてバルブピストンへ伝達するように構成された燃料噴射弁（１）に適用され、ピエゾ素子への通電による充電量を制御することで噴孔からの燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御装置において、
ピエゾ素子への今回の通電を開始するにあたり、今回の通電開始時点での油密室の燃料の体積である今回開始時体積を推定する今回開始時推定部（Ｓ１１）と、
今回開始時推定部により推定された今回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子へのエネルギ供給速度（ΔＥ）を速くする供給速度制御部（Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ１４Ａ）と、
を備える燃料噴射制御装置とされる。

【0010】

ここに開示された第１態様によると、今回開始時推定部により推定された今回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子へのエネルギ供給速度を速くする。そして、今回開始時体積が小さいほど、通電開始時の隙間が大きくなっている蓋然性が高いので、上記第１態様によれば、隙間が大きいほど、エネルギ供給速度を速くすることでピエゾ素子の伸長速度を速くしていると言える。つまり、隙間が大きいほど、バルブピストンの移動速度が速くなるので、隙間の存在に起因した開弁応答遅れを抑制できる。

【0011】

上記目的を達成するため、開示された第２態様は、
燃料を噴射する噴孔（１１）を開閉する弁体（４０）と、
弁体に噴孔閉弁力を付与する燃料が流出入する制御室（１４、１５）と、
制御室から燃料を流出させる流出通路（１３）を開閉することで、制御室の燃料圧力を制御して噴孔閉弁力を制御する制御バルブ（３０）と、
制御バルブに当接して、流出通路を開弁させる開弁作動力を制御バルブに付与するバルブピストン（２６、２８）と、
通電により充電されて伸長することで伸長力を発揮するピエゾ素子（２１ａ）と、
伸長力により加圧される燃料が充填される油密室（２４ａ）と、を備え、
油密室の燃料が伸長力を開弁作動力としてバルブピストンへ伝達するように構成された燃料噴射弁（１）に適用され、ピエゾ素子への通電による充電量を制御することで噴孔からの燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御装置において、
ピエゾ素子への今回の通電を開始するに先立ち、次回の通電開始時点での油密室の燃料の体積である次回開始時体積を予測する次回開始時予測部（Ｂ１０ａ）と、
次回開始時予測部により予測された次回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子へのエネルギ供給量（Ｅｆｉｎ）を小さくする供給量制御部（Ｂ１２ａ）と、
を備える燃料噴射制御装置とされる。

【0012】

ここに開示された第２態様によると、次回の通電開始時点での油密室の燃料の体積（次回開始時体積）を予測し、予測された次回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるエネルギ供給量を小さくする。そして、次回開始時体積が小さいほど、次回噴射に係る通電終了直後に生じる隙間が大きくなりやすいので、上記第２態様によれば、隙間が大きくなると予測されるほど、今回噴射に係るピエゾ素子伸長量を小さくして、次回開始時体積の縮小を抑制していると言える。つまり、次回噴射終了直後に生じる隙間が大きいと予測されるほど、その隙間が大きくなることを未然に抑制することができるので、次回噴射において、隙間の存在に起因した開弁応答遅れを抑制できる。

【0013】

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態に係る燃料噴射制御装置、およびその制御装置が適用される燃料噴射システムを示すブロック図である。

【図2】図１に示す燃料噴射制御装置、およびその制御装置が適用される燃料噴射弁の断面図である。

【図3】第１実施形態の充放電制御の一態様を示すタイムチャートである。

【図4】第１実施形態に対する比較例において、インターバル期間が十分に長い場合の燃料噴射弁の作動の一態様を示すタイムチャートである。

【図5】第１実施形態に対する比較例において、インターバル期間が図４に比べて短い場合の燃料噴射弁の作動の一態様を示すタイムチャートである。

【図6】第１実施形態に係る燃料噴射弁について本発明者が実施した試験結果であり、前回終了時体積の大きさと隙間の大きさとの関係を示すグラフである。

【図7】第１実施形態に係る燃料噴射弁について本発明者が実施した試験結果であり、隙間の大きさと噴射開始遅れ時間との関係を示すグラフである。

【図8】第１実施形態に係る燃料噴射制御装置による制御の一態様を示すタイムチャートである。

【図9】第１実施形態に係る燃料噴射制御装置による機能を示すブロック図である。

【図10】第１実施形態に係る燃料噴射制御装置による処理手順を示すフローチャートである。

【図11】第２実施形態に係る燃料噴射制御装置による処理手順を示すフローチャートである。

【図12】第３実施形態に係る燃料噴射制御装置による処理手順を示すフローチャートである。

【図13】第３実施形態において、実開始時体積を用いた補正による効果を示す図であって、ピエゾ電圧および油密体積の時間変化を示すタイムチャートである。

【図14】第４実施形態に係る燃料噴射制御装置による処理手順を示すフローチャートである。

【図15】第４実施形態に係る燃料噴射制御装置による制御の一態様を示すタイムチャートである。

【図16】第５実施形態に係る燃料噴射制御装置による制御の一態様を示すタイムチャートである。

【図17】第５実施形態に係る燃料噴射制御装置による機能を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。

【0016】

（第１実施形態）
図１に示す制御装置１００は、燃料噴射制御装置を提供する電子制御装置である。制御装置１００の制御対象である燃料噴射弁１は、車両用の内燃機関（エンジン２）に搭載されている。エンジン２は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、燃料噴射弁１は、エンジン２の燃焼室に液体燃料（例えば軽油）を噴射する。複数の燃料噴射弁１には、コモンレール３で蓄圧された高圧燃料が、高圧配管１ａを通じて分配供給される。なお、燃料噴射弁１内の低圧燃料は、低圧配管１ｂを通じて燃料タンク４へ戻される。コモンレール３には、高圧ポンプ５で加圧された高圧燃料が供給される。

【0017】

コモンレール３には、レール圧センサ３ａおよび減圧弁３ｂが取り付けられている。レール圧センサ３ａは、コモンレール３に蓄圧された燃料の圧力（レール圧）を検出する。減圧弁３ｂは、蓄圧された燃料の一部を燃料タンク４へ戻すことでレール圧を減圧させる電磁弁である。

【0018】

制御装置１００は、高圧ポンプ５、減圧弁３ｂおよび燃料噴射弁１の作動を制御する。例えば、レール圧センサ３ａにより検出されたレール圧が目標レール圧になるように、高圧ポンプ５の吐出量をフィードバック制御する。また、検出されたレール圧が目標レール圧になるように減圧弁３ｂの作動を制御する。制御装置１００は、エンジン２の出力軸の単位時間当りの回転数（エンジン回転数）およびエンジン２の負荷等に基づき、目標レール圧を設定する。

【0019】

さらに制御装置１００は、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき、燃料噴射弁１から噴射される燃料の目標噴射量、および目標噴射時期を設定する。燃料噴射弁１は、エンジン２の１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射する多段噴射が可能である。制御装置１００は、多段噴射に係る噴射回数および噴射間インターバルについても、エンジン回転数およびエンジン負荷等に基づき設定する。

【0020】

制御装置１００は、少なくとも１つの演算処理装置（プロセッサ）と、プロセッサにより実行されるプログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくとも１つの記憶装置（メモリ）とを有する。プロセッサおよびメモリはマイクロコンピュータ（マイコン）によって提供されてもよい。記憶媒体は、プロセッサによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供されうる。制御装置１００は、１つのコンピュータ、またはデータ通信装置によってリンクされた一組のコンピュータ資源によって提供されうる。プログラムは、制御装置１００によって実行されることによって、制御装置１００をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される方法を実行するように制御装置を機能させる。

【0021】

図２に示すように、燃料噴射弁１は、ボデー１０、アクチュエータ２０、制御バルブ３０およびニードル４０を備えている。ボデー１０には、噴孔１１、高圧通路１２、低圧通路１３、バルブ室１４、背圧室１５およびノズル室１６が形成されている。コモンレール３から高圧配管１ａを通じて燃料噴射弁１へ分配供給された高圧燃料は、高圧通路１２およびノズル室１６を通じて噴孔１１から噴射される。燃料噴射弁１は、エンジン２のシリンダヘッドに取り付けられており、各気筒の燃焼室へ直接的に高圧燃料を噴射する。また、高圧通路１２から供給された高圧燃料の一部は、噴孔１１の開閉に使用される。そして、開閉に使用されて背圧室１５およびバルブ室１４から排出される燃料は、低圧通路１３および低圧配管１ｂを通じて燃料タンク４へ戻される。

【0022】

なお、背圧室１５およびバルブ室１４は常時連通しているため、背圧室１５の燃圧とバルブ室１４の燃圧とは、タイムラグを無視すれば一致していると言える。これら背圧室１５およびバルブ室１４は、ニードル４０に噴孔閉弁力を付与する燃料が流出入する「制御室」に相当する。また、低圧通路１３は、制御室から燃料を流出させる「流出通路」に相当する。

【0023】

ニードル４０（弁体）は、噴孔１１の上流側部分の通路を開閉することで、実質的に噴孔１１を開閉する。ニードル４０には、弾性部材４１による弾性力が閉弁側へ付与されている。さらにニードル４０の反噴孔側の受圧面には、背圧室１５に充填されている燃料の圧力（制御圧）が閉弁側へ付与され、噴孔側の受圧面には、ノズル室１６に充填されている高圧燃料の圧力が開弁側へ付与されている。したがって、制御圧を所定未満に低下させればニードル４０が開弁作動し、噴孔１１から燃料が噴射され、制御圧を所定以上に上昇させればニードル４０が閉弁作動し、噴孔１１からの燃料噴射が停止される。

【0024】

制御バルブ３０は、バルブ室１４に配置され、第１バルブ３１、第２バルブ３２および係止部３３を有する。第１バルブ３１は、ボデー１０に形成された第１シート面１４ａに離着座して、バルブ室１４と低圧通路１３との連通と遮断を切り替える。第２バルブ３２は、ボデー１０に形成された第２シート面１４ｂに離着座して、バルブ室１４とノズル室１６との連通と遮断を切り替える。なお、第１バルブ３１のうち第１シート面１４ａに離着座する面は湾曲したボール形状であり、第２バルブ３２のうち第２シート面１４ｂに離着座する面は平坦形状である。第１バルブ３１および第２バルブ３２のうち一方が着座している時には他方は離座し、一方が離座している時には他方は着座している。

【0025】

第２弾性部材３４は、第１バルブ３１を閉弁させる側へ係止部３３に弾性力を付与する。アクチュエータ２０は、第１バルブ３１を開弁させる側へ第１バルブ３１に駆動力を付与する。また、第１バルブ３１が閉弁している状態では、バルブ室１４に充填されている燃料の圧力が、第１バルブ３１を閉弁させる側に付与されている。第１バルブ３１が開弁して第２バルブ３２が閉弁している状態では、ノズル室１６に充填されている高圧燃料の圧力が、第２バルブ３２を開弁させる側、つまり第１バルブ３１を閉弁させる側に付与されている。

【0026】

したがって、第１バルブ３１が閉弁している状態（図２参照）において、アクチュエータ２０による駆動力が、第２弾性部材３４による弾性力およびバルブ室１４の燃圧による閉弁力（燃圧閉弁力Ｆａ）より大きくなると、第１バルブ３１が開弁作動を開始する。なお、第１バルブ３１の開弁以後においては、バルブ室１４の燃圧が低下するため、燃圧閉弁力Ｆａも小さくなる。

【0027】

第１バルブ３１が閉弁したのち、アクチュエータ２０が制御バルブ３０をさらに押し下げると、第２バルブ３２が第２シート面１４ｂに着座して押し付けられる。つまり第２バルブ３２が開弁状態から閉弁状態に移行する。この閉弁状態を維持させるには、アクチュエータ２０による駆動力が、第２弾性部材３４による弾性力およびノズル室１６の燃圧による閉弁力より大きいことを要する。したがって、レール圧が高いほど、第２バルブ３２の閉弁状態を維持させるに要するアクチュエータ２０の駆動力は大きくなる。

【0028】

アクチュエータ２０は、ピエゾスタック２１、弾性部材２２、当接板２３、ガイド部材２４、大径ピストン２５、小径ピストン２６、第１弾性部材２７およびロッド２８を有する。ピエゾスタック２１は、複数のピエゾ素子２１ａと、複数のピエゾ素子２１ａを保持する保持部材２１ｂとを有する。ピエゾ素子２１ａは板状であり、板面に対して垂直な方向に複数積層配置されている。また、複数のピエゾ素子２１ａは電気的に直列接続されている。

【0029】

ピエゾ素子２１ａは、逆圧電効果により伸長することで伸長力を発揮するアクチュエータとして機能する。具体的には、ピエゾ素子２１ａは、容量性の負荷であり、電気エネルギが投入されて充電されることで伸長し、放電により電気エネルギが放出されることで縮小する。

【0030】

弾性部材２２は、ピエゾ素子２１ａの積層方向に弾性変形して、弾性力である圧縮予荷重Ｆｐｒｅを当接板２３に付与する。当接板２３はピエゾスタック２１に当接し、弾性部材２２による弾性力をピエゾスタック２１に付与する。ピエゾスタック２１は、当接板２３から圧縮力を積層方向に受けた状態で、ボデー１０の内壁と当接板２３とで挟み込まれている。つまり、ピエゾ素子２１ａへの通電有無に拘らず、弾性力による圧縮応力がピエゾ素子２１ａには生じており、充電に先立ち予め圧縮荷重（圧縮予荷重Ｆｐｒｅ）がピエゾ素子２１ａに付与されていると言える。

【0031】

ガイド部材２４は、大径ピストン２５および小径ピストン２６を、積層方向に摺動可能な状態で保持している。ガイド部材２４の内壁面、大径ピストン２５の下端面、および小径ピストン２６の上端面で囲まれた部分は油密室２４ａを形成する。油密室２４ａには燃料が充填されており、充填されている燃料は、加圧可能かつリーク可能な状態で密閉されている。

【0032】

つまり、ピエゾ素子２１ａが伸長して大径ピストン２５が油密室２４ａを小さくする側へ移動すると、油密室２４ａの燃料はピエゾ素子２１ａの伸長力により加圧される。同時に、油密室２４ａの燃料は、大径ピストン２５の外周面とガイド部材２４の内周面との摺動隙間を通じて、ガイド部材２４の開口１３ｂから流出する。また、油密室２４ａの燃料は、小径ピストン２６の外周面とガイド部材２４の内周面との摺動隙間を通じて、ガイド部材２４に形成されたリーク穴１３ｃからも流出する。ガイド部材２４の開口１３ｂおよびリーク穴１３ｃから流出した低圧燃料は、低圧通路１３を通じて低圧配管１ｂへと排出される。

【0033】

第１弾性部材２７は、積層方向に弾性変形して弾性力を小径ピストン２６に付与している。小径ピストン２６は、第１弾性部材２７から付与された弾性力および油密室２４ａの圧力により、第１バルブ３１の側へ付勢されている。この付勢力は、ロッド２８を介して小径ピストン２６から第１バルブ３１へ、第１バルブ３１の開弁力として付与される。小径ピストン２６およびロッド２８は、制御バルブ３０に当接して、流出通路を開弁させる開弁作動力を制御バルブ３０に付与する「バルブピストン」に相当する。

【0034】

上述した構成を有する燃料噴射弁１の作動について、以下に説明する。

【0035】

ピエゾ素子２１ａに電気エネルギが投入されてピエゾ素子２１ａが伸長すると、大径ピストン２５が小径ピストン２６へ近づく向きに移動する。すると、油密室２４ａを介して、大径ピストン２５の移動が拡大して小径ピストン２６に伝達され、小径ピストン２６は、大径ピストン２５よりも大きく制御バルブ３０へ近づく向きに移動する。これにより、制御バルブ３０が押し下げられ、第１バルブ３１が第１シート面１４ａから離座して開弁状態となる。

【0036】

その結果、バルブ室１４の燃料は、オリフィス１３ａを通じて低圧通路１３から排出され、バルブ室１４の燃圧は低下する。バルブ室１４は背圧室１５と連通しているので、バルブ室１４の燃圧低下に伴い背圧室１５の燃圧も低下する。これにより、ニードル４０の背圧が低下するため、ニードル４０が開弁作動を開始する。

【0037】

第１バルブ３１の開弁直後では第２バルブ３２は閉弁状態であるが、第１バルブ３１が開弁した後、ピエゾ素子２１ａをさらに伸長させると、第２バルブ３２が第２シート面１４ｂに着座して閉弁状態となる。これにより、ノズル室１６とバルブ室１４との連通が遮断され、ノズル室１６からバルブ室１４への高圧燃料の流入が遮断される。その結果、バルブ室１４の燃圧低下が促進され、背圧室１５の燃圧つまりニードル４０の背圧が迅速に低下し、ひいてはニードル４０が迅速に開弁作動を開始することとなる。つまり、ピエゾ素子２１ａへの通電を開始してからニードル４０が開弁するまでの時間短縮が促進され、ニードル４０開弁の応答性が向上される。

【0038】

ピエゾ素子２１ａに投入された電気エネルギが放電により放出されてピエゾ素子２１ａが収縮すると、大径ピストン２５及び小径ピストン２６がバルブ室１４から離れる向きに移動する。すると、第２弾性部材３４の弾性力により制御バルブ３０はアクチュエータ２０へ近づく向きに移動する。その結果、第２バルブ３２が第２シート面１４ｂから離座して開弁状態になるとともに、第１バルブ３１が第１シート面１４ａに着座して閉弁状態になる。

【0039】

これにより、ノズル室１６とバルブ室１４とが連通し、かつ、バルブ室１４と低圧通路１３との連通は遮断される。その結果、バルブ室１４から低圧通路１３への燃料流出が止まるとともに、ノズル室１６から高圧燃料がバルブ室１４へ流入するので、バルブ室１４の燃圧が上昇する。バルブ室１４は背圧室１５と連通しているので、バルブ室１４の燃圧上昇に伴い背圧室１５の燃圧も上昇する。これにより、ニードル４０の背圧が上昇するため、ニードル４０が閉弁作動を開始する。

【0040】

上述した構成を有する制御装置１００の作動について、図３を用いて以下に説明する。

【0041】

制御装置１００は上述したマイコンに加えて、ピエゾ素子２１ａへの通電のオンオフを制御する駆動回路を備える。マイコンからは低電圧（例えば５Ｖ）の指令信号が出力されるのに対し、駆動回路からは指令信号よりも高電圧の駆動電力が出力される。そして、図３の（ａ）（ｂ）欄は、上記指令信号であって、噴射指令、充電指令および放電指令の信号を示す。図３の（ｃ）（ｄ）欄は、上記駆動電力に係る電流および電圧の時間変化を示す。上記電流は、ピエゾ素子２１ａに流れる電流（ピエゾ電流）であり、上記電圧は、複数のピエゾ素子２１ａの電圧（ピエゾ電圧）である。複数のピエゾ素子２１ａは直列接続されているので、直列接続全体の両端子間電圧がピエゾ電圧に相当する。

【0042】

制御装置１００は、概略、ピエゾ素子２１ａへの通電による充電量を制御する。これにより、ピエゾスタック２１の伸長力が制御され、油密室２４ａの燃料によりバルブピストンへ伝達される開弁作動力が制御され、噴孔１１からの燃料の噴射状態が制御される。詳細には、制御装置１００は、レール圧センサ３ａにより検出されたレール圧、および先述した目標噴射量に応じた時間を噴射指令時間Ｔｑとして算出し、算出された噴射指令時間Ｔｑだけ噴射指令信号を出力する。噴射指令信号が出力されている期間は、充電指令信号が出力されている充電期間Ｔｃ、および保持期間Ｔｈに区分される。制御装置１００は、充電期間Ｔｃでは後述する充電制御を実行し、その後の保持期間Ｔｈでは後述する保持制御を実行する。そして、放電指令信号が出力されている放電期間Ｔｏでは、制御装置１００は後述する放電制御を実行する。

【0043】

上記駆動回路は、通電スイッチ、充電スイッチおよび放電スイッチを有する。充電スイッチがオン作動している状態で通電スイッチがオン作動すればピエゾ素子２１ａに充電され、放電スイッチがオン作動している状態で通電スイッチがオン作動すればピエゾ素子２１ａは放電される。これらのスイッチの作動は、充電制御、保持制御および放電制御により制御される。

【0044】

先ず、図３を用いて充電制御について説明する。

【0045】

駆動回路は、噴射指令信号の出力期間中に充電スイッチをオン作動させ、噴射指令信号の立ち上がり時点で通電スイッチをオン作動させる。これにより、（ｃ）（ｄ）欄に示すように充電電圧および充電電流が上昇を開始する。制御装置１００は、ピエゾ素子２１ａの電荷を検出する回路を有しており、検出された電荷の増大量が所定量に達した時点で通電スイッチをオフ作動させる。これにより、（ｃ）欄に示すように充電電流は下降する。なお、通電オフ期間もピエゾ電圧は上昇し続けるが、厳密には、通電オフ期間におけるピエゾ電圧の上昇速度は、通電オン期間よりも遅い。

【0046】

上述の如く通電オフさせた後、通電スイッチをオフさせてから予め設定しておいた所定時間が経過した時点で、通電スイッチを再びオン作動させて、再び電荷の増大量が所定量に達するまでオン作動を継続させる。このように、通電スイッチのオンとオフ切り替えを複数回行う充電制御を実行して、ピエゾ素子２１ａへの充電量を増大させていく。ここで言う充電量とは、ピエゾ素子２１ａへ蓄えられる電気エネルギの量のことであり、この電気エネルギ量はピエゾ電圧に比例する。

【0047】

次に、図３を用いて保持制御について説明する。

【0048】

ピエゾ素子２１ａへ供給される電気エネルギ（駆動エネルギ）が目標エネルギに達した時点で、充電制御を終了させる。これにより、噴射指令期間のうちの充電期間Ｔｃから保持期間Ｔｈに移行する。なお、上述の如く駆動エネルギを制御することに替え、ピエゾ電圧が目標電圧Ｖｔｒｇに達した時点で充電制御を終了させるように、ピエゾ電圧を制御してもよい。

【0049】

保持期間Ｔｈでの制御装置１００は、充電および放電を行わず、ピエゾ電圧を目標電圧Ｖｔｒｇに保持させるといった保持制御を実行する。目標電圧Ｖｔｒｇの値は、第２バルブ３２が開弁しないような十分な大きさの駆動力が発揮される大きさに設定されている。つまり、目標電圧Ｖｔｒｇが過小である場合、第２バルブ３２の第２シート面１４ｂへの押付力が不足し、保持期間Ｔｈ中に第２バルブ３２がノズル室１６の燃圧に押され、意図に反して開弁するおそれがある。このような開弁が生じない大きさに目標電圧Ｖｔｒｇは設定されている。したがって、供給燃圧（レール圧）が高いほど、目標電圧Ｖｔｒｇは大きい値に設定される。

【0050】

次に、図３を用いて放電制御について説明する。

【0051】

通電開始から噴射指令時間Ｔｑが経過した時点で、保持期間Ｔｈから放電期間Ｔｏに移行する。駆動回路は、放電期間Ｔｏでは、放電スイッチをオン作動させる。さらに駆動回路は、放電指令信号の立ち上がり時点で通電スイッチをオン作動させる。これにより、（ｃ）（ｄ）欄に示すように充電電圧および充電電流が下降を開始する。制御装置１００は、検出された電荷の減少量が所定量に達した時点で通電スイッチをオフ作動させる。これにより、（ｃ）欄に示すように放電電流は上昇する。なお、通電オフ期間もピエゾ電圧は下降し続けるが、厳密には、通電オフ期間におけるピエゾ電圧の下降速度は、通電オン期間よりも遅い。

【0052】

噴射指令信号が出力された以降の充電期間Ｔｃに第１バルブ３１が開弁を開始し、保持期間Ｔｈに移行する前に第２バルブ３２が閉弁する。また、噴射指令信号の出力が停止された以降の放電期間Ｔｏに第２バルブ３２が開弁を開始し、第１バルブ３１が閉弁する。

【0053】

図４および図５では、噴射間のインターバル期間Ｔｉｎｔの違いによる燃料噴射弁１の作動の違いを示す。

【0054】

先ず、図４を用いて、インターバル期間Ｔｉｎｔが十分に長い場合の作動について説明する。図４中の（ａ）欄に示すように、噴射指令がオフの状態では、ピエゾ素子２１ａの伸長量はゼロであり、図中の一点鎖線に示すように当接板２３は基準位置にある。そのため、油密室２４ａの燃料は加圧されず、油密室２４ａの燃料の圧力（油密圧）は低い状態になっている。よって、図中の一点鎖線に示すように小径ピストン２６およびロッド２８は基準位置にあり、ロッド２８の下端面は第１バルブ３１の上端面に当接している。

【0055】

その後、図４中の（ｂ）欄に示すように、噴射指令がオフからオンに切り替わると、ピエゾ素子２１ａが伸長し、当接板２３は基準位置より伸長量Ｌｐの分だけ移動する。そのため、油密室２４ａの燃料は加圧され、小径ピストン２６およびロッド２８は基準位置より第１バルブ３１の側に移動する。よって、第１バルブ３１はロッド２８に押されて開弁し、噴孔１１からの燃料噴射が開始される。また、油密室２４ａの燃料が加圧されることにともない、図中の矢印に示すように油密室２４ａの燃料は、開口１３ｂおよびリーク穴１３ｃから流出していく。そのため、噴射指令のオン期間中は、油密圧は徐々に低下していくとともに、油密室２４ａの燃料の体積（油密体積）は徐々に小さくなる。

【0056】

なお、以下の説明では、噴射指令信号がオフからオンに切り替わってピエゾ素子２１ａへの通電を開始した時点での油密体積を、開始時体積Ｖｂと記載する。

【0057】

その後、図４中の（ｃ）欄に示すように、噴射指令がオンからオフに切り替わると、ピエゾ素子２１ａが縮小し、油密室２４ａを拡大する側へ大径ピストン２５が移動する。そのため、油密体積が短時間で急拡大して油密圧が低下して、開口１３ｂおよびリーク穴１３ｃから燃料が流入する。流入した燃料は、ガイド部材２４の摺動隙間を通じて油密室２４ａへ流入する。

【0058】

この時、油密圧が低下することに起因して、小径ピストン２６が油密室２４ａへ引き寄せられる。つまり、小径ピストン２６の油密室２４ａ側の圧力が、ロッド２８側の圧力よりも低くなり、その圧力差で小径ピストン２６が油密室２４ａへ引き寄せられる。その結果、第１バルブ３１が閉弁位置までリフトアップした以降も、小径ピストン２６がロッド２８とともに油密室２４ａ側への移動を継続し、小径ピストン２６が基準位置よりも大径ピストン２５側へオーバシュートする場合がある。この場合、ロッド２８が第１バルブ３１から離間して、ロッド２８と第１バルブ３１との間に隙間Ｌが形成される。この隙間Ｌの大きさは、小径ピストン２６のオーバシュート量Ｌａと一致する。

【0059】

その後、図４中の（ｄ）欄に示すように、噴射指令のオフ期間中に、上述した油密室２４ａへの燃料の流入が進行するにつれ、低下した油密圧が徐々に上昇していく。換言すれば、通電終了に伴い油密室２４ａが拡大した分だけ、噴射指令オフ期間中に油密室２４ａへ燃料が充填され、開口１３ｂおよびリーク穴１３ｃからの燃料流入が停止する圧力にまで油密圧が上昇（回復）していく。その結果、上記圧力差が低下して、第１弾性部材２７の弾性力により小径ピストン２６は第１バルブ３１の側へ移動し、第１バルブ３１に当接して隙間Ｌがゼロの状態になる。

【0060】

その後、図４中の（ｅ）欄に示すように、噴射指令がオフからオンに切り替わると、ピエゾ素子２１ａが伸長し、油密室２４ａの燃料が加圧される。その結果、（ａ）欄と同様にして、燃料噴射が開始されるとともに、油密室２４ａの燃料が流出して油密圧は徐々に低下し、油密体積は徐々に小さくなる。

【0061】

以上により、図４の例では、通電終了時点でロッド２８と第１バルブ３１との間に隙間Ｌが生じるものの、噴射指令のオフ期間中に油密圧が回復して隙間Ｌが無くなる、といった現象を示している。つまり、今回の通電終了から次回の通電開始までのインターバル中に油密圧を十分に回復させて隙間Ｌを無くせる程度に、インターバル期間Ｔｉｎｔが十分に長い状況を図４は示す。

【0062】

次に、図５を用いて、先述した回復の時間を確保できない程度に、インターバル期間Ｔｉｎｔが短い場合の作動について説明する。図５中の（ａ）（ｂ）（ｃ）欄は図４中の（ａ）（ｂ）（ｃ）欄と同一の内容である。そして、図４の例では先述したようにインターバル中に油密圧が十分に回復して隙間Ｌが無くなった状態で、次回噴射の通電を開始させている。これに対し図５の例では、インターバル期間Ｔｉｎｔが短いことに起因して、次回噴射の通電開始時点では油密圧が完全に回復していない。そのため、次回の通電開始時点では、（ｄ）欄に示すようにピエゾ素子２１ａの伸長に伴い小径ピストン２６が第１バルブ３１の側へ移動するものの、ロッド２８は第１バルブ３１に当接して開弁作動力を付与することができない。よって、次回の通電開始時点では、第１バルブ３１は開弁作動を開始できない。

【0063】

その後、図５中の（ｅ）欄に示すように、小径ピストン２６およびロッド２８の移動が進行して隙間Ｌが無くなった時点で、ロッド２８は第１バルブ３１に当接して開弁作動力を付与し、第１バルブ３１は開弁作動を開始する。つまり、短いインターバル期間Ｔｉｎｔの直後の通電開始では、油密圧が回復しないまま隙間Ｌが残った状態であるため、第１バルブ３１が直ぐに開弁しない。その結果、ニードル４０の開弁開始が遅れ、通電開始から噴射開始までの遅れ時間が想定よりも長くなり、実噴射量が目標噴射量より少なくなる。

【0064】

要するに、インターバル期間Ｔｉｎｔが短くなるほど、通電開始時点で油密圧が回復しないまま隙間Ｌが残った状態になりやすく、ニードル４０の開弁応答遅れが想定より大きくなる、といった知見を本発明者は得た。さらに本発明者は、前回の通電終了時点での油密室２４ａの燃料の体積である前回終了時体積（終了時体積Ｖａ）が小さいほど、その通電終了直後に生じる隙間Ｌが大きくなる（図６参照）、との知見を得ている。そして、隙間Ｌが大きいほど、噴射開始遅れ時間は長くなる（図７参照）。また、終了時体積Ｖａが小さいほど、今回の通電開始時点での油密室２４ａの燃料の体積である今回開始時体積（開始時体積Ｖｂ）が小さくなる。

【0065】

これらの知見に基づき本実施形態では、今回開始時体積が小さいほど、隙間Ｌが大きいとみなして、今回の通電によるピエゾ素子２１ａへのエネルギ供給速度ΔＥ（図８参照）を速くしている。したがって、通電開始時の隙間Ｌが大きいほど、ピエゾ素子２１ａの伸長速度が速くなり、ロッド２８の移動速度が速くなるので、開弁応答遅れが抑制される。そして、多段噴射では後段の噴射であるほど油密室２４ａの開始時体積が小さくなっていくので、後段の噴射であるほどエネルギ供給速度ΔＥを速くしている。このように今回開始時体積が小さいほどエネルギ供給速度ΔＥを速くする一態様について、以下、図８を用いて説明する。

【0066】

図８の（ａ）欄は、ピエゾ素子２１ａへ供給される駆動エネルギの時間変化を示す。先述した通り、駆動エネルギはピエゾ電圧と比例するので、図８の（ａ）欄は、ピエゾ電圧の時間変化を示しているとも言える。図８の（ｂ）欄は、ピエゾスタック２１の変位（ピエゾ変位）であって、通電オフの状態を基準として伸長する側をマイナスで表記したピエゾ変位の時間変化を示す。図８の（ｃ）欄は、油密室２４ａの体積（油密体積）の時間変化を示す。図８の（ｄ）欄は、油密室２４ａの圧力（油密圧）の時間変化を示す。

【0067】

図８中の実線は、開始時体積Ｖｂが小さいほどエネルギ供給速度ΔＥを速くするといった本実施形態による制御を実行した場合の各種変化を示し、図８中の点線は、本実施形態の比較例に係る制御を実行した場合の一態様を示す。点線に示す比較例では、開始時体積Ｖｂに拘らず、噴射段毎のエネルギ供給速度ΔＥを同一にしている。

【0068】

また、本実施形態では、図３を用いて先述した通り、ピエゾ電圧が目標電圧Ｖｔｒｇに達した時点、つまり駆動エネルギ供給量が目標エネルギＥｔｒｇに達した時点で、充電制御を終了させて保持制御に切り替えている。そして、充電期間Ｔｃを決められた所定時間に固定しつつ目標エネルギＥｔｒｇを可変設定することで、エネルギ供給速度ΔＥを可変設定している。したがって、開始時体積Ｖｂが小さいほど目標エネルギＥｔｒｇを大きくすることで、エネルギ供給速度ΔＥを速くしている。そのため、開始時体積Ｖｂが小さいほどエネルギ供給量が大きくなっている。

【0069】

図８は、多段噴射を３回（３段）にした例であり、後段噴射であるほど油密体積が小さくなっていき、油密圧が低下していく様子が現れている。（ｃ）（ｄ）欄に示すように、保持期間Ｔｈでは、油密室２４ａからの燃料流出に伴い油密体積および油密圧が徐々に低下している。一方、インターバル期間Ｔｉｎｔでは、油密室２４ａへの燃料流入に伴い油密体積および油密圧が徐々に上昇（回復）している。

【0070】

ここで、保持期間Ｔｈでの油密圧を十分に高くしなければ、第２バルブ３２を第２シート面１４ｂに押し付ける力（第２バルブ押付力）が不足して、第２バルブ３２が意図に反して開弁してしまう。したがって、供給燃圧（レール圧）が高いほど、油密圧を高くして第２バルブ押付力を大きくすることを要する。また、多段噴射の後段であるほど油密体積が小さくなるので、ピエゾ電圧（駆動エネルギ）を大きくして伸長量を大きくし、第２バルブ押付力の低下抑制を図る必要がある。そこで上記比較例では、多段噴射の最終段において必要なピエゾ電圧を算出し、そのピエゾ電圧で多段噴射の全ての噴射段を制御している。

【0071】

これに対し本実施形態では、開始時体積Ｖｂが小さいほど、エネルギ供給速度ΔＥを速くすることに伴いエネルギ供給量を大きくしているので、多段噴射の前段であるほどエネルギ供給量を小さくしている。しかし、多段噴射の前段であるほど必要な第２バルブ押付力は小さくなるので、本実施形態の制御において、多段噴射の前段で第２バルブ押付力が不足することは回避できている。

【0072】

次に、今回開始時体積（開始時体積Ｖｂ）が小さいほど駆動エネルギを大きくしてエネルギ供給速度ΔＥを速くするにあたり、今回開始時体積を算出する手法について、以下、図９を用いて説明する。なお、図９に示す各ブロックＢ１〜Ｂ１２は、制御装置１００のプロセッサが所定のプログラムを実行することで実現される機能であって、開始時体積Ｖｂを算出するのに用いる各機能を示す。

【0073】

図９に示すブロックＢ１は、前回噴射に係る噴射期間、つまり先述した噴射指令時間Ｔｑを取得する。ブロックＢ２は、前回噴射に係る駆動エネルギ、つまり先述した目標エネルギＥｔｒｇを取得する。この目標エネルギＥｔｒｇは、後述する最終駆動エネルギＥｆｉｎに相当する。ブロックＢ３は、今回噴射または前回噴射から直近で検出された燃料温度Ｔを取得する。取得する燃料温度Ｔは、燃料温度を検出するセンサで直接検出された値でもよいし、エンジン冷却水温度や外気温度の検出値から推定された値でもよい。

【0074】

ブロックＢ５は、ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３で取得された噴射指令時間Ｔｑ、最終駆動エネルギＥｆｉｎおよび燃料温度Ｔに基づき、前回噴射の保持期間Ｔｈで油密室２４ａから流出する量を算出する。すなわち、噴射指令時間Ｔｑが長いほど、保持期間Ｔｈが長くなるので流出量を多い量に算出する。燃料温度Ｔが高いほど、燃料の粘性が低くなり流出しやすくなるので、流出量を多い量に算出する。最終駆動エネルギＥｆｉｎが大きいほど、ピエゾスタック２１の伸長量が大きくなるので、保持期間Ｔｈでの油密圧が高くなるとみなして流出量を多い量に算出する。なお、図９の例では、ブロックＢ４が最終駆動エネルギＥｆｉｎに基づき油密圧を算出し、その算出された油密圧を用いてブロックＢ５が流出量を算出している。

【0075】

ブロックＢ６では、前回噴射に係る開始時体積Ｖｂ（前回開始時体積）から、ブロックＢ５で算出された流出量を減算することで、前回噴射に係る終了時体積Ｖａ（前回終了時体積）を算出する。換言すれば、ブロックＢ６では、前回噴射時にブロックＢ６で算出した開始時体積Ｖｂ（前回開始時体積）と、ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３で取得された前回の噴射指令時間Ｔｑ、最終駆動エネルギＥｆｉｎおよび燃料温度Ｔとに基づき、前回終了時体積を算出する。なお、多段噴射の１回目の噴射では、ブロックＢ６の算出で用いる前回開始時体積に、予め設定された初期値を用いる。

【0076】

ブロックＢ７は、前回噴射から今回噴射までの間隔、つまり、直近のインターバル期間Ｔｉｎｔを取得する。ブロックＢ９は、ブロックＢ６で算出された前回の終了時体積Ｖａと、ブロックＢ３、Ｂ７で取得された燃料温度Ｔおよびレール圧に基づき、前回噴射の保持期間Ｔｈで油密室２４ａから流出する量を算出する。すなわち、インターバル期間Ｔｉｎｔが長いほど、油密室２４ａへの流入期間が長くなるので流入量を多い量に算出する。燃料温度Ｔが高いほど、燃料の粘性が低くなり流入しやすくなるので、流入量を多い量に算出する。前回終了時体積が小さいほど、通電オフ直後での油密圧が低くなるとみなして流入量を多い量に算出する。なお、図９の例では、ブロックＢ８が前回終了時体積に基づき油密圧を算出し、その算出された油密圧を用いてブロックＢ９が流入量を算出している。

【0077】

ブロックＢ１０では、ブロックＢ６で算出された前回の終了時体積Ｖａから、ブロックＢ９で算出された流入量を加算することで、今回噴射に係る開始時体積Ｖｂ（今回開始時体積）を算出する。換言すれば、ブロックＢ１０では、ブロックＢ６で算出された前回の終了時体積Ｖａ（前回終了時体積）と、ブロックＢ３、Ｂ７で取得された燃料温度Ｔおよびインターバル期間Ｔｉｎｔとに基づき、今回開始時体積を算出する。なお、多段噴射の１回目の噴射では、ブロックＢ１０の算出で用いる前回終了時体積に、予め設定された初期値を用いる。

【0078】

ブロックＢ１１では、今回噴射に係る噴射圧力Ｐ、つまり、今回噴射から直近で検出されたレール圧を取得する。ブロックＢ１２では、ブロックＢ６で算出された今回開始時体積に基づき、図１０のステップＳ１２で算出される駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを算出する。すなわち、今回開始時体積が小さいほど、隙間Ｌに起因した開弁応答遅れを抑制するべく駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを大きい値に算出する。また、噴射圧力Ｐが大きいほど、開弁応答遅れを抑制するべく駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを大きい値に算出する。換言すれば、ブロックＢ１２では、ブロックＢ１０で算出された今回の開始時体積Ｖｂ（今回開始時体積）と、ブロックＢ１１で取得された噴射圧力Ｐとに基づき、駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを算出する。

【0079】

次に、図９のブロック図に示す如く今回開始時体積および駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを算出するにあたり、その算出の手順について、以下、図１０を用いて説明する。なお、図１０に示す各ステップＳ１〜Ｓ１４の処理は、制御装置１００のプロセッサにより実行される処理である。図１０に示す一連の処理は、エンジン２の運転期間中に、例えばプロセッサの演算周期やエンジン２の出力軸の回転周期等、所定の周期で繰り返し実行される。

【0080】

図１０に示すステップＳ１は、多段噴射が完了した状態であるか否かを判定する。例えば、多段噴射の最終段噴射が終了し、かつ、次回の多段噴射指令が未だ出力されていない状態であれば、多段噴射が完了したと判定する。多段噴射が完了したと判定された場合、ステップＳ２以降の処理を実行することなく図１０の処理を終了する。多段噴射が完了していないと判定された場合、つまり、図３の（ａ）に示す噴射指令が出力され、かつ、その噴射指令に対する噴射が未だ実行されていないと判定された場合、続くステップＳ２において、ブロックＢ１１で説明した如く噴射圧力Ｐを取得する。

【0081】

続くステップＳ３では、ステップＳ２で取得した噴射圧力Ｐに基づきベース駆動エネルギＥｂａｓを算出する。例えば、噴射圧力Ｐに対応するベース駆動エネルギＥｂａｓの値をマップＭ１等の形式でメモリに予め記憶させておき、取得した噴射圧力Ｐに対応するベース駆動エネルギＥｂａｓの値をマップＭ１から読み込む。先述した通り、噴射圧力Ｐが高いほど、油密圧を高くして第２バルブ押付力を大きくすることを要するので、噴射圧力Ｐが大きいほどベース駆動エネルギＥｂａｓを大きい値に算出される。

【0082】

続くステップＳ５では、噴射指令に対する未実行の噴射が多段噴射の先頭、つまり１段目（初回）の噴射であるか否かを判定する。先頭噴射であると判定された場合、続くステップＳ６において、駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒをゼロに設定する。先頭噴射でないと判定された場合、続くステップＳ７において、ブロックＢ３で説明した如く燃料温度Ｔを取得する。続くステップＳ８では、ブロックＢ１で説明した如く、前回噴射の通電時間つまり噴射指令時間Ｔｑを取得する。

【0083】

続くステップＳ９では、ブロックＢ６で説明した如く、前回開始時体積、噴射指令時間Ｔｑ、燃料温度Ｔおよび最終駆動エネルギＥｆｉｎに基づき、前回噴射に係る終了時体積Ｖａ（前回終了時体積）を算出する。ステップＳ９での算出に用いられる前回開始時体積は、ステップＳ１１で前回算出された開始時体積Ｖｂである。ステップＳ９での算出に用いられる噴射指令時間Ｔｑおよび燃料温度Ｔは、ステップＳ７、Ｓ８で取得された値である。ステップＳ９での算出に用いられる最終駆動エネルギＥｆｉｎは、ステップＳ１３で前回算出された最終駆動エネルギＥｆｉｎである。

【0084】

例えば、前回開始時体積、噴射指令時間Ｔｑ、燃料温度Ｔおよび最終駆動エネルギＥｆｉｎを変数とした関数Ｆ１をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ９では、その関数Ｆ１に各変数を代入して前回の終了時体積Ｖａを算出する。なお、ステップＳ９の処理を実行している時のプロセッサは、前回の通電終了時点での油密室２４ａの燃料の体積である前回終了時体積を算出（推定）する「前回終了時推定部」に相当する。

【0085】

続くステップＳ１０では、ブロックＢ７で説明した如く、前回噴射から今回噴射までのインターバル期間Ｔｉｎｔを取得する。続くステップＳ１１では、ブロックＢ１０で説明した如く、前回終了時体積、燃料温度Ｔおよびインターバル期間Ｔｉｎｔに基づき、今回噴射に係る開始時体積Ｖｂ（今回開始時体積）を算出する。ステップＳ１１での算出に用いられる前回終了時体積は、ステップＳ９で算出された終了時体積Ｖａである。ステップＳ１１での算出に用いられるインターバル期間Ｔｉｎｔおよび燃料温度Ｔは、ステップＳ１０、Ｓ７で取得された値である。

【0086】

例えば、前回終了時体積、燃料温度Ｔおよびインターバル期間Ｔｉｎｔを変数とした関数Ｆ２をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ１１では、その関数Ｆ２に各変数を代入して前回の開始時体積Ｖｂを算出する。ステップＳ１１の処理を実行している時のプロセッサは、ピエゾ素子２１ａへの今回の通電を開始するにあたり、今回の通電開始時点での開始時体積Ｖｂ（今回開始時体積）を推定する「今回開始時推定部」に相当する。

【0087】

続くステップＳ１２では、ブロックＢ１２で説明した如く、今回開始時体積および噴射圧力Ｐに基づき、駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを算出する。ステップＳ１２での算出に用いられる今回開始時体積は、ステップＳ１１で算出された開始時体積Ｖｂである。ステップＳ１２での算出に用いられる噴射圧力Ｐは、ステップＳ２で取得した値である。例えば、今回開始時体積および噴射圧力Ｐを変数とした関数Ｆ３をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ１２では、その関数Ｆ３に各変数を代入して今回の噴射に係る駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを算出する。

【0088】

続くステップＳ１３では、ベース駆動エネルギＥｂａｓに駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを加算して最終駆動エネルギＥｆｉｎを算出する。ステップＳ１３での算出に用いられるベース駆動エネルギＥｂａｓは、ステップＳ３で算出された値である。ステップＳ１３での算出に用いられる駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒは、ステップＳ６またはステップＳ１２で算出された値である。

【0089】

続くステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出された最終駆動エネルギＥｆｉｎを用いて燃料噴射弁１を駆動させる。具体的には、ステップＳ１３で算出された最終駆動エネルギＥｆｉｎを、図８に示す目標エネルギＥｔｒｇに設定して、充電制御、保持制御および放電制御を実行する。先述した通り、充電期間Ｔｃを決められた所定時間に固定しているので、最終駆動エネルギＥｆｉｎが大きいほど、エネルギ供給速度ΔＥは速くなる。なお、ステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の処理を実行している時のプロセッサは、ステップＳ１１で算出（推定）された今回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子２１ａへのエネルギ供給速度ΔＥを速くする「供給速度制御部」に相当する。

【0090】

以下、上述した構成を備えることによる効果について説明する。

【0091】

本実施形態に係る制御装置１００は、ステップＳ１１による今回開始時推定部およびステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１４による供給速度制御部を備える。今回開始時推定部は、ピエゾ素子２１ａへの今回の通電を開始する時点での油密室２４ａの燃料の体積（今回開始時体積）を推定する。供給速度制御部は、今回開始時推定部により推定された今回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子２１ａへのエネルギ供給速度ΔＥを速くする。そして、今回開始時体積が小さいほど通電開始時の隙間Ｌが大きくなりやすいので、本実施形態によれば、隙間Ｌが大きいほど、エネルギ供給速度ΔＥを速くすることでピエゾ素子２１ａの伸長速度を速くしていると言える。したがって本実施形態によれば、隙間Ｌが大きいほど、ロッド２８の移動速度が速くなるので、隙間Ｌの存在に起因した開弁応答遅れを抑制できる。

【0092】

ここで、前回終了時体積が小さいほど今回開始時体積は小さくなる。この点を鑑み、本実施形態に係る制御装置１００は、前回の通電終了時点での油密室２４ａの燃料の体積である前回終了時体積を推定する、ステップＳ９による前回終了時推定部を備える。そして、ステップＳ１１による今回開始時推定部は、前回終了時推定部により推定された前回終了時体積が小さいほど、今回開始時体積を小さい値に推定する。よって、今回開始時体積を高精度で推定することができ、ひいては、供給速度制御部により制御されるエネルギ供給速度ΔＥの過不足を抑制できる。

【0093】

ここで、インターバル期間Ｔｉｎｔが短いほど、噴射終了直後に低下した油密圧の上昇回復時間が短くなり今回開始時体積が小さくなる。この点を鑑み、本実施形態に係る制御装置１００では、ステップＳ１１による今回開始時推定部は、前回の通電終了時点から今回の通電開始までのインターバル期間Ｔｉｎｔが短いほど、今回開始時体積を小さい値に推定する。よって、今回開始時体積を高精度で推定することができ、ひいては、供給速度制御部により制御されるエネルギ供給速度ΔＥの過不足を抑制できる。

【0094】

ここで、多段噴射を実行すると後段の噴射であるほど開始時体積Ｖｂが小さくなっていくことは先述した通りである。すなわち、前回の通電終了時体積が今回開始時体積に影響を与えることは勿論のこと、前回の開始時体積も今回開始時体積に影響を与える。この点を鑑み、本実施形態に係る制御装置１００では、ステップＳ１１による今回開始時推定部は、前回の通電開始時点での油密室２４ａの燃料の体積（前回開始時体積）が小さいほど、今回開始時体積を小さい値に推定する。具体的には、前回の開始時体積Ｖｂが小さいほど前回の終了時体積Ｖａを小さい値に算出し（ステップＳ９）、その前回終了時体積が小さいほど今回の開始時体積Ｖｂを小さい値に算出する（ステップＳ１１）。よって、今回開始時体積を高精度で推定することができ、ひいては、供給速度制御部により制御されるエネルギ供給速度ΔＥの過不足を抑制できる。

【0095】

（第２実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態に係る図１０のフローチャートを、図１１に示すフローチャートに変更している。具体的には、図１０のステップＳ３をステップＳ３Ａに変更し、さらに、図１０のステップＳ１３をステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９に変更している。

【0096】

図１１のステップＳ３Ａでは、ステップＳ２で取得した噴射圧力Ｐに基づきベース駆動エネルギＥｂａｓを算出する点ではステップＳ３と同じであるが、ステップＳ３Ａで用いるマップＭ２はステップＳ３で用いるマップＭ１とは異ならせてある。噴射圧力Ｐに関連付けされたベース駆動エネルギＥｂａｓのマップＭ２での値は、図１１中の実線に示す値であり、点線に示すマップＭ１での値よりも小さい値に設定されている。

【0097】

ステップＳ１５では、今回の噴射に係る噴射指令時間Ｔｑ、つまり今回の噴射に係る目標噴射量に応じた通電時間を取得する。続くステップＳ１６では、ベース駆動エネルギＥｂａｓに駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを加算して補正後駆動エネルギＥａｆを算出する。ステップＳ１６での算出に用いられるベース駆動エネルギＥｂａｓは、ステップＳ３Ａで算出された値である。ステップＳ１６での算出に用いられる駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒは、ステップＳ６またはステップＳ１２で算出された値である。

【0098】

続くステップＳ１７では、ステップＳ９と同様の関数Ｆ１を用いて、今回の開始時体積Ｖｂ、今回の噴射指令時間Ｔｑ、燃料温度Ｔおよび補正後駆動エネルギＥａｆに基づき、今回噴射に係る終了時体積Ｖａ（今回終了時体積）を算出する。ステップＳ１７での算出に用いられる今回開始時体積は、ステップＳ１１で算出された開始時体積Ｖｂである。ステップＳ１７での算出に用いられる噴射指令時間Ｔｑおよび燃料温度Ｔは、ステップＳ７、Ｓ１５で取得された値である。ステップＳ１７での算出に用いられる補正後駆動エネルギＥａｆは、ステップＳ１６で算出された値である。

【0099】

例えば、今回開始時体積、噴射指令時間Ｔｑ、燃料温度Ｔおよび補正後駆動エネルギＥａｆを変数とした関数Ｆ１をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ１７では、その関数Ｆ１に各変数を代入して今回の終了時体積Ｖａを算出する。なお、ステップＳ１７の処理を実行している時のプロセッサは、今回の通電終了時点での油密室２４ａの燃料の体積である今回終了時体積を算出（推定）する「今回終了時推定部」に相当する。

【0100】

ここで、図８に示す保持期間Ｔｈに、油密室２４ａからの燃料漏れに起因して油密圧および油密体積が低下していくことは先述した通りである。したがって、燃料漏れが多いほど、第２バルブ３２を第２シート面１４ｂに押し付ける力が不足して、保持期間Ｔｈにおける意図に反した第２バルブ３２の開弁が懸念される。そのため、燃料漏れが多いと予想される場合であるほど、駆動エネルギを大きくしてピエゾスタック２１の伸長量を大きくしておくことが望ましい。

【0101】

この点を鑑み、ステップＳ１８では、今回終了時体積および噴射圧力Ｐに基づき第２補正量Ｅｉｎｊを算出する。第２補正量Ｅｉｎｊは、保持期間Ｔｈでの燃料漏れに応じて必要となる駆動エネルギと言える。噴射圧力Ｐが大きいほど第２補正量Ｅｉｎｊは大きい値に算出される。今回終了時体積が小さいほど第２補正量Ｅｉｎｊは大きい値に算出される。ステップＳ１８での算出に用いられる今回終了時体積は、ステップＳ１７で算出された終了時体積Ｖａである。ステップＳ１８での算出に用いられる噴射圧力Ｐは、ステップＳ２で取得した値である。例えば、今回終了時体積および噴射圧力Ｐを変数とした関数Ｆ４をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ１８では、その関数Ｆ４に各変数を代入して第２補正量Ｅｉｎｊを算出する。

【0102】

続くステップＳ１９では、補正後駆動エネルギＥａｆに第２補正量Ｅｉｎｊを加算して最終駆動エネルギＥｆｉｎを算出する。ステップＳ１９での算出に用いられる補正後駆動エネルギＥａｆはステップＳ１６で算出された値である。ステップＳ１９での算出に用いられる第２補正量ＥｉｎｊはステップＳ１８で算出された値である。

【0103】

要するに、ステップＳ３Ａでベース駆動エネルギＥｂａｓを小さく設定した分を、第２補正量Ｅｉｎｊで補っていると言える。換言すれば、上記第１実施形態では、保持期間Ｔｈでの燃料漏れに応じて必要となる駆動エネルギ（第２補正量Ｅｉｎｊ）を、今回終了時体積の大きさに拘らず、噴射圧力Ｐに応じて設定している。それに対し本実施形態では、保持期間Ｔｈでの燃料漏れに応じて必要となる駆動エネルギを、今回終了時体積に応じて変更していると言える。

【0104】

以上により、本実施形態によれば、上記第１実施形態による効果に加えて以下の効果が発揮される。すなわち、保持期間Ｔｈでの燃料漏れに応じて必要となる駆動エネルギを、今回終了時体積に応じて変更するので、隙間Ｌの存在に起因した開弁応答遅れを抑制しつつ、最終駆動エネルギＥｆｉｎの過不足低減を促進できる。

【0105】

（第３実施形態）
本実施形態では、上記第２実施形態に係る図１１のフローチャートを、図１２に示すフローチャートに変更している。具体的には、図１１のステップＳ９、Ｓ１１、Ｓ１７をステップＳ９Ａ、Ｓ１１Ａ、Ｓ１７Ａに変更し、さらに、図１１のステップＳ７とステップＳ８の間にステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２２の処理を追加している。

【0106】

図１２のステップＳ２０では、前回噴射における保持期間Ｔｈでのピエゾ電圧Ｖｐ（図１３参照）を取得する。具体的には、ピエゾ電圧Ｖｐを検出する回路を制御装置１００に備えさせておき、充電期間Ｔｃから保持期間Ｔｈに移行した時の検出値をピエゾ電圧Ｖｐとしてもよいし、保持期間Ｔｈに複数回検出された値の平均値をピエゾ電圧Ｖｐとしてもよい。

【0107】

続くステップＳ２１では、ステップＳ７で取得された燃料温度Ｔ、およびステップＳ２０で取得されたピエゾ電圧Ｖｐに基づき、前回噴射における開始時体積Ｖｂ（前回開始時体積）を算出する。例えば、燃料温度Ｔおよびピエゾ電圧Ｖｐを変数とした関数Ｆ５をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ２１では、その関数Ｆ５に各変数を代入して前回の開始時体積Ｖｂを算出する。ピエゾ電圧Ｖｐと開始時体積Ｖｂとは高い相関関係にあるため、ステップＳ２１で算出された開始時体積Ｖｂは、実際の開始時体積Ｖｂ（実開始時体積）と同等とみなすことができる。ステップＳ２１では、ピエゾ電圧Ｖｐが大きいほど、前回開始時体積を小さい値に算出する。また、燃料温度Ｔが高いほど、前回開始時体積を小さい値に算出する。

【0108】

続くステップＳ２２では、ステップＳ２１で算出された開始時体積Ｖｂ（実開始時体積）、および前回のステップＳ１１Ａの処理で算出された前回の開始時体積Ｖｂ（推定開始時体積）に基づき、体積補正係数Ｖｃｆを算出する。例えば、実開始時体積および推定開始時体積を変数とした関数Ｆ６をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ２２では、その関数Ｆ６に各変数を代入して体積補正係数Ｖｃｆを算出する。ステップＳ２１では、実開始時体積と推定開始時体積の比率が大きいほど、或いは実開始時体積と推定開始時体積の差分が大きいほど、体積補正係数Ｖｃｆを大きい値に算出する。

【0109】

ステップＳ９Ａでは、図１１のステップＳ９と同様の関数Ｆ１を用いて算出された終了時体積Ｖａに、ステップＳ２２で算出された体積補正係数Ｖｃｆを乗算して、終了時体積Ｖａを補正する。ステップＳ１１Ａでは、図１１のステップＳ１１と同様の関数Ｆ２を用いて算出された開始時体積Ｖｂに、ステップＳ２２で算出された体積補正係数Ｖｃｆを乗算して、開始時体積Ｖｂを補正する。ステップＳ１７Ａでは、図１１のステップＳ１７と同様の関数Ｆ１を用いて算出された終了時体積Ｖａに、ステップＳ２２で算出された体積補正係数Ｖｃｆを乗算して、終了時体積Ｖａを補正する。

【0110】

要するに、充電期間Ｔｃから保持期間Ｔｈに移行する時のピエゾ電圧Ｖｐと、開始時体積Ｖｂとは高い相関関係にある。そのため、上記ピエゾ電圧Ｖｐを検出すれば、実際の開始時体積Ｖｂ（実開始時体積）を高精度で把握することができる。この点に着目した本実施形態では、ステップＳ１１Ａでの前回の処理で算出された開始時体積Ｖｂと実開始時体積との比率または差分に基づき、体積補正係数Ｖｃｆを算出している。そして、今回以降のステップＳ９Ａ、Ｓ１１Ａ、Ｓ１７Ａでの算出（推定）では体積補正係数Ｖｃｆを用いて補正する。

【0111】

以上により、本実施形態によれば、上記第２実施形態による効果に加えて以下の効果が発揮される。すなわち、ピエゾ電圧Ｖｐを検出することで実際の開始時体積Ｖｂ（実開始時体積）を把握し、その実開始時体積を用いて開始時体積Ｖｂおよび終了時体積Ｖａを推定する。そのため、図１３中の点線に示す推定体積が、実線に示す実体積に近づくように補正される。よって、隙間Ｌの存在に起因した開弁応答遅れを抑制しつつ、最終駆動エネルギＥｆｉｎの過不足低減を促進できる。

【0112】

（第４実施形態）
上記各実施形態では、充電期間Ｔｃを決められた所定時間に固定しつつ、開始時体積Ｖｂに応じて最終駆動エネルギＥｆｉｎを可変設定することで、開始時体積Ｖｂに応じたエネルギ供給速度ΔＥに設定している。これに対し本実施形態では、噴射圧力Ｐに基づき設定されたベース駆動エネルギＥｂａｓを最終駆動エネルギＥｆｉｎとしつつ、開始時体積Ｖｂに応じて充電期間Ｔｃを可変設定することで、開始時体積Ｖｂに応じたエネルギ供給速度ΔＥに設定している。

【0113】

本実施形態では、上記第１実施形態に係る図１０のフローチャートを、図１４に示すフローチャートに変更している。具体的には、図１０のステップＳ１３、Ｓ１４をステップＳ３Ａ、Ｓ１４Ａに変更し、図１０のステップＳ６、Ｓ１２を廃止し、さらに、図１４のステップＳ１３ＡとステップＳ１４Ａの間にステップＳ２３の処理を追加している。

【0114】

図１４のステップＳ１３Ａでは、ステップＳ３で算出したベース駆動エネルギＥｂａｓをそのまま最終駆動エネルギＥｆｉｎとして算出する。続くステップＳ２３では、今回の開始時体積Ｖｂ、噴射圧力Ｐおよび最終駆動エネルギＥｆｉｎに基づき、充電期間Ｔｃを算出する。ステップＳ２３での算出に用いられる今回開始時体積は、ステップＳ１１で前回算出された開始時体積Ｖｂである。ステップＳ２３での算出に用いられる噴射圧力Ｐは、ステップＳ２で取得された値である。ステップＳ２３での算出に用いられる最終駆動エネルギＥｆｉｎは、ステップＳ１３Ａで算出された値である。

【0115】

例えば、今回開始時体積、噴射圧力Ｐおよび最終駆動エネルギＥｆｉｎを変数とした関数Ｆ７をメモリに予め記憶しておき、ステップＳ２３では、その関数Ｆ７に各変数を代入して充電期間Ｔｃを算出する。今回開始時体積が小さいほど、充電期間Ｔｃは小さい値に算出される。噴射圧力Ｐが大きいほど、充電期間Ｔｃは小さい値に算出される。

【0116】

続くステップＳ１４Ａでは、ステップＳ１３Ａで算出された最終駆動エネルギＥｆｉｎ、およびステップＳ２３で算出された充電期間Ｔｃを用いて燃料噴射弁１を駆動させる。具体的には、ステップＳ１３Ａで算出された最終駆動エネルギＥｆｉｎを目標エネルギＥｔｒｇに設定し、ステップＳ２３で算出された充電期間Ｔｃで目標エネルギＥｔｒｇだけ充電されるよう、充電制御、保持制御および放電制御を実行する。充電期間Ｔｃが小さいほど、エネルギ供給速度ΔＥは速くなる。なお、ステップＳ２３、Ｓ１４Ａの処理を実行している時のプロセッサは、ステップＳ１１で算出（推定）された今回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子２１ａへのエネルギ供給速度ΔＥを速くする「供給速度制御部」に相当する。

【0117】

したがって、仮に噴射圧力Ｐが一定であれば、図１５の実線に示すように目標エネルギＥｔｒｇを一定としつつエネルギ供給速度ΔＥを変化させることになる。また、多段噴射では後段噴射ほど開始時体積Ｖｂが小さくなるので、図１５の実線に示すようにエネルギ供給速度ΔＥを噴射毎に徐々に大きくしていくことになる。なお、図１５中の点線は、本実施形態に反して、開始時体積Ｖｂに応じたエネルギ供給速度ΔＥの変更を実施しない比較例を示す。以上により、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。

【0118】

（第５実施形態）
上記各実施形態では、今回開始時体積が小さいほどエネルギ供給速度ΔＥを速くすることで、隙間Ｌの存在に起因した開弁応答遅れを抑制させる。これに対し本実施形態では、次回の噴射に係る開始時体積Ｖｂ（次回開始時体積）を予測し、予測された次回開始時体積が小さいほど、今回の噴射に係る最終駆動エネルギＥｆｉｎ（エネルギ供給量）を小さくする。そして、最終駆動エネルギＥｆｉｎを小さくすることで次回開始時体積の縮小を抑制して、次回噴射直後に生じる隙間Ｌの抑制を図る。

【0119】

したがって、仮に噴射圧力Ｐが一定であっても、図１６の実線に示すように目標エネルギＥｔｒｇを変化させることになり、エネルギ供給速度ΔＥを可変にすることを要しない。なお、図１６中の点線は、本実施形態に反して、次回開始時体積に応じた目標エネルギＥｔｒｇの変更を実施しない比較例を示す。

【0120】

以下、次回開始時体積を予測する手法について、図１７を用いて詳細に説明する。なお、図１７に示す各ブロックＢ１ａ〜Ｂ１２ａは、制御装置１００のプロセッサが所定のプログラムを実行することで実現される機能であって、次回の開始時体積Ｖｂを算出して今回の駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを算出するのに用いる各機能を示す。

【0121】

図１７に示すブロックＢ１ａは、今回噴射に係る噴射期間、つまり先述した噴射指令時間Ｔｑを取得する。ブロックＢ２ａは、今回噴射に係る最終駆動エネルギＥｆｉｎの仮の値、つまり先述した目標エネルギＥｔｒｇの仮値を設定する。例えば、噴射圧力Ｐに応じたベース駆動エネルギＥｂａｓに、予め設定しておいた補正量を加算して最終駆動エネルギＥｆｉｎの仮値を設定する。ブロックＢ３ａは、今回噴射から直近で検出された燃料温度Ｔを取得する。

【0122】

ブロックＢ５ａは、ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３で取得された今回噴射の噴射指令時間Ｔｑ、今回噴射の最終駆動エネルギＥｆｉｎの仮値および燃料温度Ｔに基づき、今回噴射の保持期間Ｔｈで油密室２４ａから流出する量を算出して予測する。すなわち、噴射指令時間Ｔｑが長いほど、保持期間Ｔｈが長くなるので流出量を多い量に算出する。燃料温度Ｔが高いほど、燃料の粘性が低くなり流出しやすくなるので、流出量を多い量に算出する。最終駆動エネルギＥｆｉｎの仮値が大きいほど、ピエゾスタック２１の伸長量が大きくなるので、保持期間Ｔｈでの油密圧が高くなるとみなして流出量を多い量に算出する。なお、図１７の例では、ブロックＢ４ａが最終駆動エネルギＥｆｉｎの仮値に基づき油密圧を算出し、その算出された油密圧を用いてブロックＢ５ａが流出量を算出している。

【0123】

ブロックＢ６ａでは、今回噴射に係る開始時体積Ｖｂ（今回開始時体積）から、ブロックＢ５で算出された流出量を減算することで、今回噴射に係る終了時体積Ｖａ（今回終了時体積）を算出して予測する。換言すれば、ブロックＢ６ａでは、前回噴射時にブロックＢ６ａで算出した開始時体積Ｖｂ（今回開始時体積）と、噴射指令時間Ｔｑ、最終駆動エネルギＥｆｉｎの仮値および燃料温度Ｔとに基づき、今回終了時体積を算出して予測する。なお、多段噴射の１回目の噴射では、ブロックＢ６ａの算出で用いる今回開始時体積に、予め設定された初期値を用いる。

【0124】

ブロックＢ７ａは、今回噴射から次回噴射までの間隔であるインターバル期間Ｔｉｎｔを取得する。ブロックＢ９ａは、ブロックＢ６ａで算出された今回の終了時体積Ｖａと、ブロックＢ３ａ、Ｂ７ａで取得された燃料温度Ｔおよびレール圧に基づき、今回噴射の保持期間Ｔｈで油密室２４ａから流出する量を算出する。すなわち、インターバル期間Ｔｉｎｔが長いほど、油密室２４ａへの流入期間が長くなるので流入量を多い量に算出する。燃料温度Ｔが高いほど、燃料の粘性が低くなり流入しやすくなるので、流入量を多い量に算出する。今回終了時体積が小さいほど、通電オフ直後での油密圧が低くなるとみなして流入量を多い量に算出する。なお、図１７の例では、ブロックＢ８ａが今回終了時体積に基づき油密圧を算出し、その算出された油密圧を用いてブロックＢ９ａが流入量を算出している。

【0125】

ブロックＢ１０ａでは、ブロックＢ６ａで予測された今回の終了時体積Ｖａから、ブロックＢ９ａで予測された流入量を加算することで、次回噴射に係る開始時体積Ｖｂ（次回開始時体積）を算出して予測する。換言すれば、ブロックＢ１０ａでは、ブロックＢ６ａで予測された今回の終了時体積Ｖａ（今回終了時体積）と、ブロックＢ３ａ、Ｂ７ａで取得された燃料温度Ｔおよびインターバル期間Ｔｉｎｔとに基づき、次回開始時体積を算出して予測する。なお、多段噴射の１回目の噴射では、ブロックＢ１０ａの算出で用いる今回終了時体積に、予め設定された初期値を用いる。

【0126】

ブロックＢ１２ａでは、ブロックＢ６ａで算出された次回開始時体積に基づき、今回噴射に係る駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを算出する。すなわち、次回開始時体積が小さいほど、次回噴射において隙間Ｌに起因した開弁応答遅れを抑制するべく、今回噴射に係る駆動エネルギ補正量Ｅｃｏｒｒを小さい値に算出する。

【0127】

なお、ブロックＢ１０ａの機能を発揮している時のプロセッサは、ピエゾ素子２１ａへの今回の通電を開始するに先立ち次回開始時体積を予測する「次回開始時予測部」に相当する。ブロックＢ１２ａの機能を発揮している時のプロセッサは、次回開始時予測部で算出（予測）された次回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子２１ａへの最終駆動エネルギＥｆｉｎ（エネルギ供給量）を小さくする「供給量制御部」に相当する。

【0128】

以上により、本実施形態に係る制御装置は、ブロックＢ１０ａによる次回開始時予測部およびブロックＢ１２ａによる供給量制御部を備える。次回開始時予測部は、ピエゾ素子２１ａへの今回の通電を開始するに先立ち、次回開始時体積を予測する。供給量制御部は、次回開始時予測部により予測された次回開始時体積が小さいほど、今回の通電によるピエゾ素子２１ａへのエネルギ供給量を小さくする。そして、次回開始時体積が小さいほど、次回噴射に係る通電終了直後に生じる隙間Ｌが大きくなりやすい。よって、本実施形態によれば、隙間Ｌが大きくなると予測されるほど、今回噴射に係るピエゾ素子伸長量を小さくして、次回開始時体積の縮小を抑制していると言える。したがって、次回噴射終了直後に生じる隙間Ｌが大きいと予測されるほど、その隙間Ｌが大きくなることを未然に抑制することができるので、次回噴射において、隙間Ｌの存在に起因した開弁応答遅れを抑制できる。

【0129】

ここで、インターバル期間Ｔｉｎｔが短いほど、今回の噴射終了直後に低下した油密圧の上昇回復時間が短くなり、次回の開始時体積が小さくなる。この点を鑑み、本実施形態に係る制御装置では、ブロックＢ１０ａによる次回開始時予測部は、今回の通電終了時点から次回の通電開始までのインターバル期間Ｔｉｎｔが短いほど、次回開始時体積を小さい値に推定する。よって、次回開始時体積を高精度で推定することができ、ひいては、供給量制御部により制御される今回噴射のエネルギ供給量の過不足を抑制できる。

【0130】

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

【0131】

上記第１〜第４実施形態では、今回のエネルギ供給速度ΔＥの設定に用いる今回の開始時体積Ｖｂを、前回の燃料噴射弁１の作動状態に基づき算出している。具体的には、前回の作動状態を特定する複数の変数に、前回の開始時体積Ｖｂ、前回の終了時体積Ｖａおよび前回から今回までのインターバル期間Ｔｉｎｔを含ませている。これに対し、これらの変数の少なくとも１つを上記変数に含ませて今回の開始時体積Ｖｂを算出してもよい。また、前回の作動状態に加えて前々回の作動状態を上記変数に含ませて、今回の開始時体積Ｖｂを算出してもよい。

【0132】

上記各実施形態に係る充電制御では、ピエゾ素子２１ａの電荷の増大量が所定量に達した時点で通電スイッチをオフ作動させている。これに対し、ピエゾ電圧の増大量が所定量に達した時点で通電スイッチをオフ作動させてもよいし、ピエゾ電流の増大量が所定量に達した時点で通電スイッチをオフ作動させてもよい。或いは、通電スイッチをオン作動させてから所定時間が経過した時点で、通電スイッチをオフ作動させてもよい。

【符号の説明】

【0133】

ΔＥ エネルギ供給速度、 １ 燃料噴射弁、 １１ 噴孔、 １３ 流出通路、 １４、１５ 制御室、 ２１ａ ピエゾ素子、 ２４ａ 油密室、 ２６、２８ バルブピストン、 ３０ 制御バルブ、 ４０ 弁体、 １００ 燃料噴射制御装置、 Ｂ１０ａ 次回開始時予測部、 Ｂ１２ａ 供給量制御部、 Ｅｆｉｎ エネルギ供給量、 Ｓ１１ 今回開始時推定部、 Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１４Ａ、Ｓ２３ 供給速度制御部、 Ｓ９ 前回終了時推定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】